蓮株公路改建工程路基拼接施工工藝淺析

鄧麟勇, 涂志純

(湖南省蓮株高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 株洲 412000)

蓮株公路改建工程路基拼接施工工藝淺析

鄧麟勇, 涂志純

(湖南省蓮株高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 株洲 412000)

以蓮株公路改建工程為依托，就路基拼接施工中的質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)，闡述了老路基臺(tái)階開挖、路基施工期排水、老路基滲水處理、壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)、沉降變形觀測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，取得了良好的路基拼接效果。

舊路改造；路基拼接；臺(tái)階開挖；滲水處理；壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)

蓮株高速公路是湖南省首個(gè)二級(jí)汽車專用公路改高速公路項(xiàng)目，經(jīng)過若干年運(yùn)營(yíng)，老路路基沉降基本完成，而新建路基將會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，如何控制新老路基的不均勻沉降、實(shí)現(xiàn)新老路基的有效銜接是改建工程的關(guān)鍵。

1 路基拼接施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

1.1 臺(tái)階開挖

開挖臺(tái)階可以明顯有效地增加新舊路基銜接的接觸面積，促進(jìn)新老路基的整體化與一致性，且方便加寬部分路堤下的地基處理[1]。

邊坡清表和臺(tái)階開挖應(yīng)與天氣相配合，不可為圖一時(shí)之便將清表和臺(tái)階開挖一次完成(圖1、圖2)，且臺(tái)階暴露時(shí)間不宜過長(zhǎng)，防止邊坡和臺(tái)階被雨水沖刷。清表工作需緊密配合開挖工作，開挖一級(jí)，待拼寬路基完成后，再清上一級(jí)。

從已完成的新老路基拼接工程調(diào)研來看，老路基邊坡相對(duì)較為松散(尤其是全風(fēng)化花崗巖邊坡)，雨水入滲更為容易，若邊坡清表和臺(tái)階開挖完成，后續(xù)工序無法及時(shí)跟進(jìn)，將導(dǎo)致原本松散的老路基邊坡在雨水入滲作用下失穩(wěn)，從而使老路基邊坡臺(tái)階難以成型，嚴(yán)重影響新老路基拼接質(zhì)量，造成施工成本增加。規(guī)定開挖臺(tái)階寬度為2 m，是考慮消除既有路基邊部壓實(shí)可能施工不到位等隱患。

對(duì)于老路基邊坡松散嚴(yán)重、臺(tái)階立面難以自穩(wěn)的路段，應(yīng)將松散范圍內(nèi)的老路基邊坡土全部清除。若臺(tái)階平面含水率高、難以壓實(shí)，可將臺(tái)階平面最上層土翻松30 cm晾曬或摻灰處理，并和新路堤同步整平壓實(shí)；或?qū)ε_(tái)階面進(jìn)行液壓夯實(shí)，并在夯坑內(nèi)填碎石，推土機(jī)推平后壓路機(jī)碾壓。

開挖出第1級(jí)臺(tái)階后，可以采用片石換填處理臺(tái)階平面地基，即和新填路基地基一并處理；也可以采用高速液壓強(qiáng)夯機(jī)夯實(shí)后，用碎石回填夯坑并碾壓平整。

圖1 K1116+300掛線挖臺(tái)階

圖2 K1125+050撒灰挖臺(tái)階

1.2 臺(tái)階處理

1) 對(duì)于老路基邊坡松散嚴(yán)重、臺(tái)階立面難以自穩(wěn)的路段，應(yīng)將松散范圍內(nèi)的老路基邊坡土全部清除。

2) 若臺(tái)階面含水率高、無法壓實(shí)，可將臺(tái)階面最上層土翻松20 cm晾曬或摻灰處理(圖3)，并和新路堤同步整平壓實(shí)。

3) 對(duì)臺(tái)階面進(jìn)行液壓夯實(shí)，并在夯坑內(nèi)填碎石(圖4)，推土機(jī)推平后壓路機(jī)碾壓。

圖3 K1135+500臺(tái)階面摻灰處理

圖4 K1132+930臺(tái)階面碎石補(bǔ)強(qiáng)

1.3 土工格室

1) 在路床底面(最上層臺(tái)階)、路堤底面(最下層臺(tái)階)及此兩層中間部位臺(tái)階各鋪設(shè)一層土工格室(圖5)。

2) 距土工格室10 cm以內(nèi)路基填料最大粒徑不得大于12 cm(圖6)。

圖5 K1135+500土工格室鋪設(shè)

圖6 K1111+900土工格室上土

1.4 路基施工期排水

路基施工期排水對(duì)于保證路基拼接質(zhì)量非常重要，其主要目的在于排除施工期落入路基范圍內(nèi)的雨水。沿老路面硬路肩砌臨時(shí)攔水埂，攔水埂施工結(jié)束后拆除。對(duì)于老路基坡面急流槽失效或因清表破壞的，應(yīng)采用砂漿或小石子混凝土按照原防護(hù)排水通道重新修復(fù)。臨時(shí)攔水埂開口處連接老路急流槽，將攔截到的雨水排到新路堤[2]。

對(duì)于新填路堤，通過表面橫坡將雨水引出，若降雨量大且距下一層施工時(shí)間久，還應(yīng)在新填路基表面挖臨時(shí)排水槽排水。臨時(shí)排水槽采用敞口的梯形斷面的PVC管，尺寸為0.7 m×0.3 m×0.3 m(上底×下底×高)。

在新填路基邊坡每隔20 m左右構(gòu)筑急流槽，并通過在邊部堆土或砌磚形成的攔水埂集中匯水，進(jìn)而通過急流槽將老路面表面雨水、老路基坡面雨水和新路基坡面雨水排除至新路基坡腳臨時(shí)排水溝內(nèi)。具體如下:

1)路基施工期排水系統(tǒng)，包括新路臨時(shí)排水系統(tǒng)(圖7)和老路臨時(shí)排水系統(tǒng)(圖8)。

2) 路基施工期排水其主要目的在于排除施工期落入路基范圍內(nèi)的雨水，主要有老路面表面、老路基坡面和新路基坡面的雨水。

圖7 新路臨時(shí)排水系統(tǒng)

圖8 老路臨時(shí)排水系統(tǒng)

3) 沿老路面硬路肩砌攔水埂，并通過老路基坡面急流槽排除，對(duì)于老路基坡面急流槽失效或因清表破壞的，應(yīng)采用砂漿或小石子混凝土按照原防護(hù)排水通道設(shè)置臨時(shí)的引水通道。

4) 路基施工中，各施工層表面不應(yīng)有積水，填方路堤應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況和氣候狀況，做成2%～4%的排水橫坡。

5) 對(duì)于新填路堤，通過表面橫坡將雨水引出，若降雨量大且距下一層施工時(shí)間久，還應(yīng)在新填路基表面挖臨時(shí)排水槽排水。

6) 在新填路基邊坡每隔20 m左右構(gòu)筑臨時(shí)急流槽，并通過在邊部堆土或砌磚形成的攔水埂集中匯水，進(jìn)而通過急流槽將老路面表面雨水、老路基坡面雨水和新路基坡面雨水排除至新路基坡腳臨時(shí)排水溝內(nèi)?？傮w效果如圖9、圖10所示。

圖9 排水系統(tǒng)總體示意圖 (單位：m)

圖10 排水系統(tǒng)效果示意圖

1.5 老路基滲水處理

我國(guó)南方地區(qū)老路基在多年的運(yùn)營(yíng)中不同程度地存在滲水，為充分、合理利用老路基，應(yīng)對(duì)滲水路段采用“標(biāo)本兼治”的原則進(jìn)行處理，不但要疏排內(nèi)部積水，還應(yīng)封堵水源。蓮株高速的具體做法是:

1) 應(yīng)對(duì)全線老路基滲水路段進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，并確定水源來源。

2) 老路基滲水應(yīng)采用“標(biāo)本兼治”的原則進(jìn)行處理，不但要進(jìn)行路基內(nèi)部水的疏排，還應(yīng)對(duì)水源進(jìn)行封堵。

3) 對(duì)局部滲水路段，在滲水點(diǎn)修筑橫向盲溝排水；對(duì)滲水點(diǎn)基本在同一高度且連續(xù)分布路段，用縱向盲溝將滲水點(diǎn)連通；對(duì)滲水點(diǎn)高低不一且連續(xù)分布路段，可將同一高度的滲水點(diǎn)通過縱向盲溝相連。各縱向盲溝與每隔20 m設(shè)置一道的橫向盲溝連通，將水排出。效果圖如11所示。

4) 盲溝系統(tǒng)構(gòu)造步驟：從碾壓面反開挖(圖12)、埋設(shè)透水管(圖13)、填充碎石(圖14)、覆土。

圖11 盲溝效果示意圖

圖12 K1116+200挖盲溝

圖13 K1125+050盲溝埋設(shè)透水管

圖14 K1125+050盲溝填充碎石

5) 對(duì)老路坡腳滲水路段盲溝布置示意圖如圖15。

圖15 老路坡腳滲水或老路基底設(shè)有排水墊層的 路段排水系統(tǒng)

6) 對(duì)老路堤中部滲水路段，盲溝與新填路基側(cè)面采用防水土工布包裹，防止盲溝內(nèi)的水滲進(jìn)新路基；盲溝透水界面用透水土工布包裹；盲溝內(nèi)設(shè)置Φ10 cm軟式透水管；縱向盲溝縱向坡度與縱坡相同，以保證水流通暢，如圖16所示。對(duì)老路堤坡面大面積滲水路段，可采用填石路堤并結(jié)合縱、橫向盲溝排水。

圖16 老路堤中間或坡面大面積滲水路段排水系統(tǒng)

1.6 液壓強(qiáng)夯機(jī)補(bǔ)強(qiáng)

液壓強(qiáng)夯機(jī)技術(shù)在高等級(jí)公路的新建和改擴(kuò)建中已得到良好推廣使用，能為新老路基交界面、填挖結(jié)合部、橋涵臺(tái)背回填、涵洞基底處理提供有效的壓實(shí)手段[3]。

選取試驗(yàn)段進(jìn)行第1次老路基臺(tái)階平面液壓夯試驗(yàn)，高速液壓強(qiáng)夯機(jī)的其額定沖擊能量40 kJ、錘體質(zhì)量3.35 t、最大夯擊深度1200 mm、夯板直徑1000 mm、工作質(zhì)量7.5 t。試驗(yàn)中夯錘落距0.8m，夯點(diǎn)梅花形布置，相鄰兩夯坑相切，各點(diǎn)夯實(shí)2遍。對(duì)49個(gè)夯坑深度進(jìn)行了測(cè)量，得出沉降量平均值為7.2 cm，補(bǔ)強(qiáng)效果顯著。

為進(jìn)一步分析液壓強(qiáng)夯效果，在某斷面選定沿路線方向相距50 cm 的2列進(jìn)行夯坑壓實(shí)度測(cè)試。每列選擇3個(gè)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為1、2和3，各測(cè)點(diǎn)距老路基臺(tái)階立面分別為0.4、1和1.8 m，由于老路基臺(tái)階寬度為2 m，3個(gè)測(cè)點(diǎn)均位于老路基臺(tái)階面上。取2列對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度作為該點(diǎn)平均壓實(shí)度，各夯點(diǎn)壓實(shí)度平均增加4.0%～4.5%，增強(qiáng)效果顯著。

最終確定每級(jí)老路基臺(tái)階寬度范圍須采用液壓夯進(jìn)行增強(qiáng)處理。液壓夯施工時(shí)，布設(shè)2排呈梅花型的夯點(diǎn)，各夯坑相切，夯錘落距0.8 m，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊2遍為宜。夯實(shí)完后，再用改良土或碎石填補(bǔ)夯坑，碾壓整平。如圖17、圖18所示。

1.7 重型壓路機(jī)補(bǔ)強(qiáng)

在常規(guī)壓實(shí)后，采用重型壓路機(jī)對(duì)老路基臺(tái)階面和新填路基部分進(jìn)行增強(qiáng)補(bǔ)壓，可降低新路基工后壓縮變形并提高新老路基結(jié)合部強(qiáng)度[4]，如圖19、圖20。

圖17 K1136+500液壓強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)

圖18 K1103+700碎石回填夯坑

圖19 K1136+500重型碾壓補(bǔ)強(qiáng)

圖20 K1117+600重型碾壓補(bǔ)強(qiáng)

為分析重型碾壓效果，選取試驗(yàn)段，采用32 t重型壓路機(jī)，碾壓遍數(shù)為2遍(2個(gè)來回)，碾壓寬度為4 m，即老路基臺(tái)階2 m和相鄰新填路基2 m。并在老路基臺(tái)階平面和相鄰的新填路基各選3個(gè)點(diǎn)測(cè)試壓實(shí)度， 1～6這6個(gè)測(cè)點(diǎn)與臺(tái)階立面邊緣的距離分別為0.4、1、1.8、2.4、2.8、3.5 m。重型碾壓后老路基臺(tái)階面壓實(shí)度提高了2.2%～2.9%，相鄰新路基壓實(shí)度提高了2.5%～3.5%，效果較為顯著。

確定在93區(qū)底、頂及96區(qū)頂(-15 cm)界面處采用32 t重型壓路機(jī)對(duì)老路基臺(tái)階面和新填路基部分進(jìn)行增強(qiáng)補(bǔ)壓；當(dāng)路堤較高時(shí)，每2個(gè)臺(tái)階高度用32 t重型壓路機(jī)增強(qiáng)補(bǔ)壓1次；壓實(shí)遍數(shù)原則上不超過3遍，每次輪寬重疊1 m。增強(qiáng)補(bǔ)壓界面豎向距離土工格室鋪設(shè)面至少2層填土高度。

1.8 沉降變形觀測(cè)

為提高地基變形觀測(cè)精度，并減少對(duì)施工的影響，對(duì)填方高度超過8 m的路段，在地表填筑1 m后反開挖埋設(shè)橫剖管進(jìn)行沉降觀測(cè)。

橫剖儀沉降觀測(cè)是通過插入橫剖管中的橫剖儀進(jìn)行的，具有不受地面施工影響、可連續(xù)多點(diǎn)觀測(cè)、精度可達(dá)0.01 mm等優(yōu)點(diǎn)。該儀器由水平探頭、電纜線和讀數(shù)儀組成。探頭通過設(shè)置在其上的2個(gè)間距為50 cm的輪子在管中行走。探頭一端通過電纜線(其上有50 cm間隔的標(biāo)記)與讀數(shù)儀相連。并可直接測(cè)得前、后測(cè)輪連線的傾角，不同位置時(shí)的傾角是個(gè)變數(shù)，通過儀器中的軟件，將測(cè)得的傾角換算成測(cè)輪前、后二個(gè)接觸點(diǎn)的高差，并在存儲(chǔ)儀采集獲得數(shù)據(jù)，再通過專用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)诫娔X中，最后將連續(xù)觀測(cè)的高差與水準(zhǔn)點(diǎn)相連測(cè)、求得各點(diǎn)高程與沉降量。

橫剖管埋設(shè)步驟為： ①在原地表填1 m后的碾壓面挖溝，溝深不小于30～40 cm； ②橫剖管及管接頭內(nèi)穿入鋼絲繩(為拉動(dòng)測(cè)頭之用)并連接好； ③將橫剖管底部和周邊用砂、土將溝填平、夯實(shí)； ④橫剖管在管口處做一平臺(tái)(約40 cm×40 cm)作為參照平面； ⑤在橫剖管外50 m遠(yuǎn)的原地面上設(shè)一固定水準(zhǔn)點(diǎn)，每次觀測(cè)時(shí)與管口現(xiàn)澆水準(zhǔn)點(diǎn)連測(cè)可求得各前、后測(cè)輪接觸點(diǎn)的高程變量。

路堤在填筑過程中，若觀測(cè)斷面日沉降量超過5 mm/d，標(biāo)志著不穩(wěn)定狀態(tài)的出現(xiàn)，應(yīng)立即停止加載，并根據(jù)實(shí)際情況做出相應(yīng)調(diào)整[5]。

圖21和圖22為采用橫剖管進(jìn)行的典型觀測(cè)斷

圖21 K1133+880測(cè)量沉降量

圖22 沉降最大點(diǎn)沉降歷時(shí)曲線

面地基沉降結(jié)果。可見，隨著路基填筑高度的增加，地基沉降逐漸增大。從路基坡腳(管口位置)向路基中心地基沉降逐漸增大。根據(jù)沉降最大點(diǎn)沉降歷時(shí)曲線，可見地基沉降趨于穩(wěn)定。

2 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)已埋設(shè)的20個(gè)沉降觀測(cè)斷面的數(shù)據(jù)來看，除去1個(gè)斷面累計(jì)沉降較大外，其他斷面累計(jì)沉降和日沉降速率都符合要求，據(jù)此可以確定蓮株公路的路基拼接效果良好。通過實(shí)踐總結(jié)分析，舊路臺(tái)階的開挖控制、新老路基的排水處置、路基的壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)是保證拼接質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù)控制點(diǎn)。

[1] 陳君朝,楊廣慶. 高速公路改擴(kuò)建工程路基加寬施工技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社,2014.

[2] 鄧云潮. 高速公路擴(kuò)寬路基綜合防排水系統(tǒng)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2012.

[3] 方源. 高速公路改擴(kuò)建路基壓實(shí)施工技術(shù)研究[J]. 中國(guó)水運(yùn)(下半月),2015(4):209-210.

[4] 李興煊. 公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路基拼接的淺析[J]. 商品與質(zhì)量,2009(S6):22-24.

[5] 饒應(yīng)貴,郭洋洋. 路基沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(21):222.

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